半导体行业研究系列一：行业复苏拐点将至，国产替代加速进行

证券研究报告/行业研究 行业复苏拐点将至，国产替代加速进行 ——半导体行业研究系列一 投资评级:看好(首次) 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn 半导体指数与沪深300指数走势对比 20% 0% -20%-40% 2022/09 2023/02 2023/07 000300.SH 801081.SL 资料来源：同花顺iFinD，源达信息证券研究所 投资要点 半导体产业链环环相扣，美日荷制裁推动自主可控 半导体行业产业链紧密相连，各环节缺一不可，且易形成赢者通吃的垄断局面。从产业链全球分布看，我国在半导体设备、材料和EDA&IP等上游供应端和中游IC设计端份额较小，存在“卡脖子”风险。在晶圆制造和封装测试端已形成一定规模，并持续发展。自2022年美国发布BIS条例以来，美日荷联合制裁国内半导体制造业，自主可控需求愈发迫切，补短板意识显著增加。 上游供应链“卡脖子”风险高，国产替代加速进行 我国在半导体行业起步较晚，设备、材料和EDA&IP等上游供应链环节长期依赖欧美日进口。国产替代存在技术难度大、供应链切入难的问题。近年来国产设备、材料和EDA&IP等环节在技术端已取得较大突破，并以设备进展最为显著。而美日荷联合制裁下，国内晶圆厂国产化意识增强，采购国产设备、材料等的意愿上升。未来上述环节将充分受益国产替代。 关注行业复苏周期，从存储看拐点愈行愈近 存储芯片是半导体器件第二大市场，行情与半导体行业景气度息息相关。2023年Q2NANDFlash和DRAM行业营收呈现环比正增长，部分细分产品价格降幅收窄。从半导体周期和AI新需求看，2024年行业进入复苏确定性增强。预计中游制造环节将率先受益。 投资建议 1）半导体设备：是受制裁最严厉、国产替代需求最迫切的环节。建议关注：北方华创、中微公司、拓荆科技、芯源微等。 2）半导体材料：光刻胶、电子气体等材料“卡脖子”风险高，国产替代加速进行。建议关注：彤程新材、华特气体等。 3）EDA&IP：EDA&IP是“芯片之母”，在各环节中国产进展相对较缓，领域内标的稀缺性高。建议关注：华大九天、芯原股份等 4）中游制造：受行业整体景气度影响大，关注复苏拐点时的投资机会。建议关注：中芯国际等。 风险提示 半导体行业复苏不及预期的风险，国内晶圆厂扩产不及预期的风险，国产替代不及预期的风险，国际贸易摩擦和冲突加剧的风险。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、半导体产业链环环相扣，自主可控是未来大趋势4 二、上游供应链：国产薄弱环节，“卡脖子”风险大8 1.半导体设备8 2.半导体材料10 3.EDA&IP12 三、中游制造：存储行业复苏拐点愈行愈近16 四、投资建议18 1.建议关注18 2.一致预测19 五、风险提示20 图表目录 图1：半导体行业产业链4 图2：半导体器件分类4 图3：2022年全球半导体器件分类型销售收入（亿美元）6 图4：全球半导体行业销售收入（亿美元）6 图5：全球半导体产业链分环节/区域价值占比6 图6：2024年全球半导体设备销售额有望回升至1000亿美元8 图7：半导体前道晶圆制程对应的主要工序9 图8：2022年全球半导体设备各类型价值占比9 图9：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元）9 图10：二重模板/四重模板增加多道薄膜沉积、刻蚀工序9 图11：三维存储芯片增加多道薄膜沉积、刻蚀工序9 图12：半导体材料中晶圆制造材料市场空间较封装材料更大11 图13：硅/工艺化学品/光掩膜是晶圆制造材料前三大品类11 图14：封装基板占2022年封装材料市场超一半11 图15：EDA工具主要用于工艺平台开发、电路设计和制造环节三个阶段12 图16：EDA工具在模拟电路全流程设计中的应用13 图17：预计2023年全球EDA工具市场规模85亿美元13 图18：2022年中国EDA工具市场规模为115亿元13 图19：2022年全球EDA市场中国产份额不足2%14 图20：2022年中国EDA市场中国产份额不足20%14 图21：芯片向先进制程工艺演进过程中，IP使用数量大幅增加14 图22：2022年全球IP市场中CR3为66%，均为欧美企业15 图23：2022年全球IP市场中CR3为66%，均为欧美企业16 图24：9月NANDFlash现货价格出现回升17 图25：9月DRAM现货价格降幅收窄17 图26：2023年Q2NANDFlash市场CR5为96.2%17 图27：2023年Q2DRAM市场CR3为95.5%17 表1：半导体产业链中游企业不同经营模式5 表2：美日荷联合对华出口管制，以设备和芯片端力度最大7 表3：从整体看半导体设备国产化率仍处于较低水平10 表4：晶圆制造材料部分细分环节的国内外玩家12 表5：晶圆制造材料部分细分环节的国内外玩家16 表6：重点公司盈利预测19 一、半导体产业链环环相扣，自主可控是未来大趋势 半导体行业上下游联系紧密，各环节缺一不可。半导体行业产业链上游包括EDA软件、IP委托和委外设计服务、制造设备和材料；中游包括集成电路设计、晶圆制造和封装测试；下游为终端系统厂商，主要应用行业包括移动通信、数据中心、汽车电子、计算机和工业应用等。 图1：半导体行业产业链 资料来源：芯原公司招股说明书，源达信息证券研究所 半导体器件按照国际通用产品标准可分为四类：集成电路、分立器件、传感器和光电器件。集成电路按照处理信号可分为数字芯片和模拟芯片，其中数字芯片按照使用功能分为存储芯片、逻辑芯片和微控制器MCU。分立器件主要为功率器件，包括IGBT、MOSFET、二极管和晶闸管等产品。 图2：半导体器件分类 资料来源：光耦网，源达信息证券研究所 半导体产业链中游企业按经营模式可分为垂直整合模式（IDM）、晶圆代工模式（Foundry）和无晶圆厂模式（Fabless）。早期行业以IDM模式为主，目前根据芯片特点，行业经营模式出现分化： 逻辑芯片：早期intel、AMD等公司均为IDM模式，而台积电将代工模式发扬光大。主要系①逻辑芯片按照摩尔定律发展，制程节点迭代快；②逻辑芯片类型多样，下游需求碎片化，难以发挥晶圆制造的规模效应；③逻辑IC设计和晶圆制造的技术壁垒不同，分工模式实现双方共赢。 存储芯片：三星、海力士等存储巨头均为IDM模式，主要系①存储产品的迭代速度较慢，产品趋同性高，规模效应明显；②存储芯片具有一定大宗商品性质，下游需求变动大，IDM模式可以更灵活的扩减产。③国内部分存储厂商如兆易创新目前是fabless模式，系国内存储份额较小，规模效应不显著。 功率器件：英飞凌等国际巨头为IDM模式，国内IDM和fabless模式并行，主要系①功率器件的核心壁垒在于特色制造工艺，代工模式有技术泄露风险；②功率器件产品迭代速度较慢；③国内IDM和fabless模式并行的原因是国产功率器件在特色工艺端处于发展早期，市场份额较小，较难发挥IDM模式的规模效应，与华虹半导体、中芯集成等特色工艺代工平台合作是目前不错的选择。 表1：半导体产业链中游企业不同经营模式 垂直整合模式涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试以及后续的产品销售等环节 （IDM） 模式 类型 晶圆代工模式 （foundry） 不涵盖芯片设计环节，专门负责晶圆制造，为芯片产品公司提供晶圆代工服务 无晶圆厂模型不涵盖晶圆制造环节和封装测试环节，专门负责芯片设计和后续的产 （fabless）品销售，将晶圆制造和封装测试外包给专业的晶圆制造、封测企业 资料来源：华虹公司招股说明书，源达信息证券研究所 全球半导体行业销售收入在2023-2024年有望先降后升。根据SIA数据，2022年全球半导体行业销售收入为5740亿美元，实现同比增长6.67%。而根据SIA转引的WSTS预测，预计2023年全球半导体行业销售收入为5560亿美元，同比下降3.14%，系消费电子需求疲软，芯片厂商库存过剩。2024年在行业清库存和AI数据中心、汽车电子等行业需求拉动的共同作用下，销售收入有望回升至6020亿美元。从2022年下游半导体器件销售收入看，逻辑、存储和模拟芯片是前三大产品，合计市场份额达69%。 图3：2022年全球半导体器件分类型销售收入（亿美元）图4：全球半导体行业销售收入（亿美元） 资料来源：SIA，WSTS，源达信息证券研究所资料来源：SIA、WSTS，源达信息证券研究所 国内半导体产业链自给率低。从全球半导体产业链区域占比看，美国、欧洲等国家区域具有多数份额，国内仅在产业链中游的晶圆制造和封装测试占有一定比例。但在上游EDA&IP、设备、高端制造材料等供应链环节仍无法满足自给，存在“受制于人”情况。 图5：全球半导体产业链分环节/区域价值占比 资料来源：SIA，源达信息证券研究所 注：分区域价值占比为SIA公布的2021年数据，分环节价值占比为SIA公布的2019年数据 美日荷联合发布对华出口管制条例，设备和芯片端制裁力度最大。自2022年10月7日美国商务部公布BIS条例以来，美日荷相继发布对华出口管制措施，主要限制范围在于国内薄弱的先进制程芯片和相关制造设备。上游设备、制造材料和EDA&IP等存在“卡脖子”风险的领域是芯片制造的基础，国内仍要依靠美日荷进口。当前国际环境下上述领域已成为供应链高风险环节，国产替代愈发迫切。 美国商务部将31家中国公司加入“未经核实的名单”，对中国 2022/10/714nm及以下logic、128层及以上NANDFlash、18nm及以下 DRAM芯片、制造设备和零部件出口管制 事件 日期 表2：美日荷联合对华出口管制，以设备和芯片端力度最大 2022/12/15美国商务部决定将长存、寒武纪、ICRD、上海微电子和鹏芯微等 2023/1/27美日荷就对中国先进设备出口限制达成协议，限制内容与10月7 日BIS新规一致 36家中国实体加入实体清单 2023/3/8ASML在官网发布《关于额外出口管制的声明》，将光刻机限制范围设定在2000i及之后的高端浸没式机型 2023/3/31日本政府宣布将23类先进制程半导体设备新增为出口管控对象，限制7月生效 2023/6/30荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCANNXT:2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效 2023/7/23日本政府宣布对23个品类先进制程半导体设备的出口管制措施正式生效 资料来源：半导体行业观察，电子创新网，电子发烧友网，虎嗅，中国工业网，源达信息证券研究所 二、上游供应链：国产薄弱环节，“卡脖子”风险大 1.半导体设备 2024年全球半导体设备销售额有望回升。根据SEMI在2023年7月发布的《2023年年 中半导体设备预测报告》：预计2023年全球半导体设备销售额将由2022年的1074亿美元下滑至874亿美元，同比下降19%，主要系消费电子需求转弱叠加芯片库存，晶圆厂放缓设备采购节奏。展望2024年行业完成去库存，AIGC、汽车电子等行业拉动需求端，全 球半导体设备销售额有望回升至1000亿美元，较2023年同比增长14%。 图6：2024年全球半导体设备销售额有望回升至1000亿美元 120050% 1000 800 40% 30% 20% 60010% 400 200 0% -10% -20% 0 201520162017201820192020202120222023E2024E -30% 全球晶圆厂设备支🎧（亿美元）YOY 资料来源：SEMI，源达信息证券研究所 半导体设备是高技术门槛&高附加值行业。前道晶圆加工的主要工序包括光刻、刻蚀和薄膜沉积等，其特点是对晶圆加工精度要求极高，通常在几十至几百纳米；并且部分工序需要多次进行，对设备产能效率要求高。上述原因也导致用于前道晶圆加工的半导体设备价格高昂，一条产能1万片/月的12英寸晶圆产线设备投资